Magnetische supergeleiding in grafeenstapels
Het stapelen van grafeenlagen creëert een materiaal dat elektriciteit kan dragen zonder weerstand en zich gedraagt als een magneet bij koude temperaturen.
Grafiet is gemaakt van lagen van grafeen-single-atom-dikke, roosterachtige vellen van koolstofatomen-die zijn gestapeld en gemakkelijk onder druk kunnen afschieten, zoals bij het schrijven op papier.Een enkele grafietvlok kan miljoenen grafeenlagen bevatten, meestal uitgelijnd zodat elke andere laag overeenkomt met overeenkomende.Sommige regio's hebben echter een ander stapelpatroon en vormen een trapachtige structuur.Onderzoekers van MIT ontdekten dat wanneer vier of vijf grafeenlagen op deze "rhombohedrale" manier worden gestapeld, het materiaal unieke elektronische eigenschappen vertoont die niet in normaal grafiet worden gevonden.
In hun onderzoek geïsoleerd vlokken van rhombohedrale grafeen uit grafiet en uitgevoerd elektrische tests.Ze ontdekten dat wanneer de vlokken worden afgekoeld tot 300 millikelvines (ongeveer -273 graden Celsius), het materiaal een supergeleider wordt, waardoor elektrische stroom zonder weerstand kan stromen.
Ze ontdekten ook dat het wijzigen van een extern magnetisch veld op en neer de vlokken tussen twee supergeleidende toestanden kon schakelen, vergelijkbaar met een magneet.Dit suggereert dat de supergeleider intern magnetisme heeft.Dit schakelen is niet te vinden in andere supergeleiders.
De onderzoekers testten hoe deze nieuwe supergeleidende toestand reageert op een extern magnetisch veld.Ze brachten een magnetisch veld en een spanning op het materiaal aan en gemeten de resulterende elektrische stroom.Terwijl ze het magnetische veld varieerden van negatieve tot positieve polariteit en rug, zagen ze dat het materiaal in zijn supergeleidende, nulresistentietoestand bleef, behalve op twee punten-één bij elke magnetische polariteit.Op deze punten nam de weerstand kort toe voordat hij terugging naar nul en het materiaal keerde terug naar zijn supergeleidende toestand.
De onderzoekers zagen hetzelfde ongebruikelijke gedrag in zes monsters en geloven dat het te wijten is aan het speciale stapelen van rhombohedrale grafeen.Bij zeer koude temperaturen vertragen elektronen en beginnen ze op elkaar inwerken.Deze interacties zorgen ervoor dat elektronen worden gepaard en bewegen zonder weerstand - dit is supergeleiding.
In dit materiaal bewegen elektronen allemaal in dezelfde richting, of "vallei", dus wanneer ze koppelen, annuleert hun beweging niet.Dit creëert supergeleidende paren met spin, die samen ingebouwd magnetisme kunnen produceren.